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摘要:本文主要介绍了ABS树脂的工业生产技术,乳液接枝-本体SAN掺混生产技术和连续本体聚合法,以及近年来ABS技术的发展况状和发展趋势。介绍了改性技术、新兴技术、以及纳米技术在ABS树脂合成上的应用,以及ABS专用料的发展方向。
关键词:ABS树脂、连续本体聚合、乳液接枝、加工技术
前言
ABS樹脂作为世界五大通用塑料之一,其生产技术的发展趋势重点体现在制造工艺的不断进和完善上。其中成熟稳定的乳液接枝-本体SAN掺混技术在未来一定时期仍将是居主导地位的生产技术;优势显著的连续本体技术则是一个主要的发展趋势,随着对该技术的不断改进,将对乳液接枝-本体SAN掺混技术形成强有力的冲击,是非常具有发展前景的工艺技术。
一、近年来国际上ABS的技术进展
近年来由于电子电讯、汽车等行业的发展,对ABS的需求和性能要求也越高,国内由于起步较晚,目前虽在对引进工艺的改造和一些新产品的研究开发上取得一定进展,但还远落后于国际方面。近年来国内外在ABS的生产工艺技术、新产品开发上取得的进展。
在ABS的装置技术发展上主要还是集中于乳液接枝本体SAN掺混法和ABS的连续本体法的装置技术发展上。乳液接枝本体SAN掺混法目前的研究方向是提高胶乳质量、缩短反应停留时间和增大胶乳粒径,其中高分子胶乳附聚的发展大幅度的提高附聚效果,有效地缩短了胶乳反应时间;而连续本体法的研究方向是橡胶粒径的分布及大小控制以获得更高的抗冲性能和光泽度,目前在通过不同引发剂、橡胶种类的使用、引人第四单体等取得了较大的进展。
二、ABS树脂生产工艺技术
ABS树脂生产装置的生产规模逐步扩大,各种性能以及专用料的开发日趋成熟。目前工业化的ABS树脂生产技术有:乳液接枝聚合法、乳液接枝掺混法和连续本体聚合法。其中乳液接枝掺混法又分为:乳液接枝-乳液SAN掺混法;乳液接枝-悬浮SAN掺混法;乳液接枝-本体SAN掺混法。
2.1乳液接枝-本体SAN掺混生产技术
该技术由于生产技术成熟,产品牌号多,产品力学性能、外观着色性能、加工性能均良好,所以是目前ABS树脂生产的主要方法,有近80%的ABS树脂生产厂采用该方法。乳液接枝-本体SAN掺混法由于本体SAN生产成本比较低,所以近来开发的重点是生产高性能ABS粉料。
目前,台湾奇美、韩国LG、韩国锦湖公司、日本瑞翁公司都采用化学附聚或高分子附聚法生产PB胶乳。国内兰化石化公司和大庆石化公司在高分子附聚和化学附聚生产PB胶乳方面做了大量的研发工作,取得了较好的效果。兰化石化公司已进行了PB胶乳高分子附聚的中试工作。大庆石化公司经过近年的研究,自主开发出小粒径PB胶乳聚合、化学附聚和6 h接枝技术,已应用于50 kt/a ABS装置扩能改造。在PB胶乳聚合、接枝聚合釜不增加的情况下,装置的产能明显的增加了,产品力学性能和加工性能以及色度达到了同类产品的先进水平。
大庆石化公司开发的高胶接枝技术,采用氧化-还原体系催化剂,反应温度控制采用阶梯升温技术,不同温度条件控制苯乙烯和丙烯腈的接枝反应,整个反应过程放热均匀平稳,反应转化率高,接枝率可以有效控制,整个反应周期只有6 h,可以生产胶含量60%~65%的高胶粉。
2.2连续本体聚合法
连续本体聚合法合成ABS树脂的工艺过程,是将橡胶溶于苯乙烯、丙烯腈和少量的溶剂中,通过加热,加入引发剂、分子量调节剂进行接枝聚合。苯乙烯和丙烯腈共聚物为连续相,接枝橡胶粒子成为分散相,反应物经脱挥、造粒得本体ABS产品。连续本体ABS聚合生产过程复杂,橡胶物料要很好地溶解在混合单体中,要有预聚合过程,对橡胶种类、橡胶用量、接枝过程中的接枝率和橡胶粒径控制都有较高的要求。该聚合法具有工业污水排放量少,产品纯度高,装置投资小,生产成本低的优点,具有较大的发展潜力。
美国Monsanto公司、Dow化学公司在聚合体系中加入硅油,反式丁烯酸二丁酯、甲基丙烯酸甲酯来调整接枝橡胶相合SAN连续相的溶合度,可以显著提高ABS树脂的光泽性和韧性。美国Dow化学公司开发了PFR串联本体聚合美国GE公司PFR-CSTR工艺,第1聚合釜用于苯乙烯和丙烯腈在橡胶主干上接枝,转化率控制在20%以下,第2反应器是卧式搅拌槽式反应器,反应温度120~150℃,转化率控制在60%,第3反应器是立式聚合釜,反应温度150~160℃,最终转化率可以达到90%。该工艺开发出了具有较高抗冲击性能的ABS树脂。
日本MTC公司本体ABS聚合工艺采用4釜串联满釜操作,BR橡胶被粉碎成3 mm的小胶粒加到溶解槽内与苯乙烯、丙烯腈和乙苯混合,按配方加入引发剂、分子量调节剂到反应器中聚合,反应温度80~165℃,转化率60%~85%。
国内本体生产近几年也有较快发展,中石化高桥公司采用美国Dow化学公司技术建设200 kt/a本体ABS装置,台湾奇美的60 kt/a本体ABS装置。
三、ABS树脂生产技术发展趋势
3.1改性技术使ABS合金种类更多,性能更专有化
随着下游产品对材料性能要求越来越高,ABS树脂合金化成为重要的发展方向,高性能、高附加值的ABS树脂共混合金受到广泛关注,发展迅速。ABS合金也正趋于专用和功能细化。各种改性技术成为改善合金性能的重要途径。Bayer公司新推出PC/ABS阻燃纳米复合材料.特点为具有很好的流动性,适于做薄壁制品,如移动电话机外壳和手动器械等。
3.2新兴技术在ABS树脂合成上的应用
纳米技术等新技术的应用为高功能的制备提供了新途径。例如采用纳米或者超细技术制备的高光泽ABS树脂可用于生产小家电外壳和元件,而采用纳米蒙脱土插层、纳米级添加剂增韧增强等技术则可赋予ABS树脂复合材料各种独特的性能,该技术是目前研究开发高功能ABS产品的热门方法之一。
通过改变基础橡胶种类或引入新组分的改性技术已成为制造特种ABS树脂的重要途径,是很有发展前途的ABS树脂新制造技术。不断改进ABS的掺混改性技术也是研究的方向之一。如通过使用高橡胶ABS接枝粉或向ABS接枝粉中添加各种如稳定剂、着色剂、消光剂等助剂可制得各种专用性能优异的ABS树脂。
3.3ABS专用料的方向发展
随着下游终端制品对其性能的要求越来越苛刻,ABS树脂不断向专业化和功能化发展,各种附加值高出ABS通用料百分之十几,甚至百分之一百以上的ABS专用料应运而生。
ABS专用料的生产主要是通过改变工艺配方和/或工艺条件,或者加入其它改性剂改良树脂的性能,使其具有某一方面突出的特性,从而可在某一特定的领域应用。如阻燃ABS则正在向无卤环保化的方向发展,纳米技术、微胶囊化技术、复配协同技术、表面改性技术、相容技术等阻燃剂研究开发新技术将得到不断发展和应用。而ABS树脂的性能改良,则大多与接枝主干胶乳的组成和粒子大小及形态有关。
结束语
ABS树脂正从通用树脂向工程塑料的应用领域进行转变,纳米改性等新的ABS树脂改性技术拓宽了ABS树脂的应用领域。
参考文献
[1] 姜华.ABS生产工艺研究进展[J].皮革化工,2005(6)
[2] 谭凡,柳文杰,潘晓磊.透明ABS树脂的研究与开发[J].炼油与化工,2007(2)
关键词:ABS树脂、连续本体聚合、乳液接枝、加工技术
前言
ABS樹脂作为世界五大通用塑料之一,其生产技术的发展趋势重点体现在制造工艺的不断进和完善上。其中成熟稳定的乳液接枝-本体SAN掺混技术在未来一定时期仍将是居主导地位的生产技术;优势显著的连续本体技术则是一个主要的发展趋势,随着对该技术的不断改进,将对乳液接枝-本体SAN掺混技术形成强有力的冲击,是非常具有发展前景的工艺技术。
一、近年来国际上ABS的技术进展
近年来由于电子电讯、汽车等行业的发展,对ABS的需求和性能要求也越高,国内由于起步较晚,目前虽在对引进工艺的改造和一些新产品的研究开发上取得一定进展,但还远落后于国际方面。近年来国内外在ABS的生产工艺技术、新产品开发上取得的进展。
在ABS的装置技术发展上主要还是集中于乳液接枝本体SAN掺混法和ABS的连续本体法的装置技术发展上。乳液接枝本体SAN掺混法目前的研究方向是提高胶乳质量、缩短反应停留时间和增大胶乳粒径,其中高分子胶乳附聚的发展大幅度的提高附聚效果,有效地缩短了胶乳反应时间;而连续本体法的研究方向是橡胶粒径的分布及大小控制以获得更高的抗冲性能和光泽度,目前在通过不同引发剂、橡胶种类的使用、引人第四单体等取得了较大的进展。
二、ABS树脂生产工艺技术
ABS树脂生产装置的生产规模逐步扩大,各种性能以及专用料的开发日趋成熟。目前工业化的ABS树脂生产技术有:乳液接枝聚合法、乳液接枝掺混法和连续本体聚合法。其中乳液接枝掺混法又分为:乳液接枝-乳液SAN掺混法;乳液接枝-悬浮SAN掺混法;乳液接枝-本体SAN掺混法。
2.1乳液接枝-本体SAN掺混生产技术
该技术由于生产技术成熟,产品牌号多,产品力学性能、外观着色性能、加工性能均良好,所以是目前ABS树脂生产的主要方法,有近80%的ABS树脂生产厂采用该方法。乳液接枝-本体SAN掺混法由于本体SAN生产成本比较低,所以近来开发的重点是生产高性能ABS粉料。
目前,台湾奇美、韩国LG、韩国锦湖公司、日本瑞翁公司都采用化学附聚或高分子附聚法生产PB胶乳。国内兰化石化公司和大庆石化公司在高分子附聚和化学附聚生产PB胶乳方面做了大量的研发工作,取得了较好的效果。兰化石化公司已进行了PB胶乳高分子附聚的中试工作。大庆石化公司经过近年的研究,自主开发出小粒径PB胶乳聚合、化学附聚和6 h接枝技术,已应用于50 kt/a ABS装置扩能改造。在PB胶乳聚合、接枝聚合釜不增加的情况下,装置的产能明显的增加了,产品力学性能和加工性能以及色度达到了同类产品的先进水平。
大庆石化公司开发的高胶接枝技术,采用氧化-还原体系催化剂,反应温度控制采用阶梯升温技术,不同温度条件控制苯乙烯和丙烯腈的接枝反应,整个反应过程放热均匀平稳,反应转化率高,接枝率可以有效控制,整个反应周期只有6 h,可以生产胶含量60%~65%的高胶粉。
2.2连续本体聚合法
连续本体聚合法合成ABS树脂的工艺过程,是将橡胶溶于苯乙烯、丙烯腈和少量的溶剂中,通过加热,加入引发剂、分子量调节剂进行接枝聚合。苯乙烯和丙烯腈共聚物为连续相,接枝橡胶粒子成为分散相,反应物经脱挥、造粒得本体ABS产品。连续本体ABS聚合生产过程复杂,橡胶物料要很好地溶解在混合单体中,要有预聚合过程,对橡胶种类、橡胶用量、接枝过程中的接枝率和橡胶粒径控制都有较高的要求。该聚合法具有工业污水排放量少,产品纯度高,装置投资小,生产成本低的优点,具有较大的发展潜力。
美国Monsanto公司、Dow化学公司在聚合体系中加入硅油,反式丁烯酸二丁酯、甲基丙烯酸甲酯来调整接枝橡胶相合SAN连续相的溶合度,可以显著提高ABS树脂的光泽性和韧性。美国Dow化学公司开发了PFR串联本体聚合美国GE公司PFR-CSTR工艺,第1聚合釜用于苯乙烯和丙烯腈在橡胶主干上接枝,转化率控制在20%以下,第2反应器是卧式搅拌槽式反应器,反应温度120~150℃,转化率控制在60%,第3反应器是立式聚合釜,反应温度150~160℃,最终转化率可以达到90%。该工艺开发出了具有较高抗冲击性能的ABS树脂。
日本MTC公司本体ABS聚合工艺采用4釜串联满釜操作,BR橡胶被粉碎成3 mm的小胶粒加到溶解槽内与苯乙烯、丙烯腈和乙苯混合,按配方加入引发剂、分子量调节剂到反应器中聚合,反应温度80~165℃,转化率60%~85%。
国内本体生产近几年也有较快发展,中石化高桥公司采用美国Dow化学公司技术建设200 kt/a本体ABS装置,台湾奇美的60 kt/a本体ABS装置。
三、ABS树脂生产技术发展趋势
3.1改性技术使ABS合金种类更多,性能更专有化
随着下游产品对材料性能要求越来越高,ABS树脂合金化成为重要的发展方向,高性能、高附加值的ABS树脂共混合金受到广泛关注,发展迅速。ABS合金也正趋于专用和功能细化。各种改性技术成为改善合金性能的重要途径。Bayer公司新推出PC/ABS阻燃纳米复合材料.特点为具有很好的流动性,适于做薄壁制品,如移动电话机外壳和手动器械等。
3.2新兴技术在ABS树脂合成上的应用
纳米技术等新技术的应用为高功能的制备提供了新途径。例如采用纳米或者超细技术制备的高光泽ABS树脂可用于生产小家电外壳和元件,而采用纳米蒙脱土插层、纳米级添加剂增韧增强等技术则可赋予ABS树脂复合材料各种独特的性能,该技术是目前研究开发高功能ABS产品的热门方法之一。
通过改变基础橡胶种类或引入新组分的改性技术已成为制造特种ABS树脂的重要途径,是很有发展前途的ABS树脂新制造技术。不断改进ABS的掺混改性技术也是研究的方向之一。如通过使用高橡胶ABS接枝粉或向ABS接枝粉中添加各种如稳定剂、着色剂、消光剂等助剂可制得各种专用性能优异的ABS树脂。
3.3ABS专用料的方向发展
随着下游终端制品对其性能的要求越来越苛刻,ABS树脂不断向专业化和功能化发展,各种附加值高出ABS通用料百分之十几,甚至百分之一百以上的ABS专用料应运而生。
ABS专用料的生产主要是通过改变工艺配方和/或工艺条件,或者加入其它改性剂改良树脂的性能,使其具有某一方面突出的特性,从而可在某一特定的领域应用。如阻燃ABS则正在向无卤环保化的方向发展,纳米技术、微胶囊化技术、复配协同技术、表面改性技术、相容技术等阻燃剂研究开发新技术将得到不断发展和应用。而ABS树脂的性能改良,则大多与接枝主干胶乳的组成和粒子大小及形态有关。
结束语
ABS树脂正从通用树脂向工程塑料的应用领域进行转变,纳米改性等新的ABS树脂改性技术拓宽了ABS树脂的应用领域。
参考文献
[1] 姜华.ABS生产工艺研究进展[J].皮革化工,2005(6)
[2] 谭凡,柳文杰,潘晓磊.透明ABS树脂的研究与开发[J].炼油与化工,2007(2)